一种基于光纤传感的道路监测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于光纤传感的道路监测系统及方法，属于道路监测技术领域。本系统包括道路数据获取模块、时间区间限定模块、预测顺序判定模块、模型建立模块、目标函数输出模块；所述道路数据获取模块的输出端与所述时间区间限定模块的输入端相连接；所述时间区间限定模块的输出端与所述预测顺序判定模块的输入端相连接；所述预测顺序判定模块的输出端与所述模型建立模块的输入端相连接；所述模型建立模块的输出端与所述目标函数输出模块的输入端相连接。本发明专利技术能够根据不同道路的不同特征顺序进行预测道路寿命，能够满足实时进行监测，在感知到路面塌陷时及时进行组织检修，防患于未然，识别潜在威胁，保证道路与伴行管线的安全平稳运行。线的安全平稳运行。线的安全平稳运行。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光纤传感的道路监测系统及方法


[0001]本专利技术涉及道路监测
，具体为一种基于光纤传感的道路监测系统及方法。

技术介绍

[0002]城市道路及其周边的伴行管线，如同人体血管，是保障城市运行的重要基础设施和生命干线，其安全是国家安全的重要组成部分。但是在服役过程中，道路及其伴行管线常受到老化及外力破坏影响，路面塌陷、地基沉降、管道泄露、线路损毁等故障隐患频发，类型、位置、时刻难以预知，而且传统运行维护技术无法有效匹配城市基础设施的增长速度，致使运维工作面临着巨大压力。
[0003]在目前的手段中，对于路面塌陷的监测一般采用分布式光纤应变传感系统进行实时监测，即沿监测道路中央，路基土层3cm下方直线埋设铠装应变监测光缆，在易产生塌陷区域(如城市供水管道接头处、阀门处、供气管道接头处、阀门处等)进行敷设，在路基下方土体出现松动的地方，路基下方的监测光缆受力将发生变化，而路基未松动地方，路基下方的监测光缆受力保持不变，受力发生变化的光缆的应变发生变化，这样通过计算应变的变化量就可以计算出监测光缆的拉伸量，进而计算出路面的下沉变化量，再根据光纤测距原理和地理信息可以准确定位路面塌陷位置。
[0004]可是利用这样的方法只能实时进行监测，在感知到路面塌陷时及时进行组织检修，不能够提前进行预测，防患于未然，无法识别潜在威胁，难以保证道路与伴行管线的安全平稳运行。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于光纤传感的道路监测系统及方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种基于光纤传感的道路监测系统，该系统包括道路数据获取模块、时间区间限定模块、预测顺序判定模块、模型建立模块、目标函数输出模块；
[0008]所述道路数据获取模块用于获取道路的多源数据，包括天气、车辆数目与速度、载重、光缆应变量；所述时间区间限定模块用于限定时间区间，在每一个时间区间上进行分析处理数据；所述预测顺序判定模块用于建立特征顺序机制，按照不同的顺序进行预测顺序的判定：所述模型建立模块用于建立预测模型，对待测道路进行监测；所述目标函数输出模块用于输出最终的预测结果，即目标函数，以保证道路的寿命预测更加精准；
[0009]所述道路数据获取模块的输出端与所述时间区间限定模块的输入端相连接；所述时间区间限定模块的输出端与所述预测顺序判定模块的输入端相连接；所述预测顺序判定模块的输出端与所述模型建立模块的输入端相连接；所述模型建立模块的输出端与所述目标函数输出模块的输入端相连接。
[0010]根据上述技术方案，所述道路数据获取模块包括天气单元、车辆监督单元、光缆监测单元；
[0011]所述天气单元用于获取道路上方的天气状况；所述车辆监督单元用于监督道路上来往车辆的数目、速度以及载重量；所述光缆监测单元用于监测光缆的应变量；
[0012]所述天气单元、车辆监督单元、光缆监测单元的输出端分别与所述时间区间限定模块的输入端相连接。
[0013]根据上述技术方案，所述时间区间限定模块包括时间单元、区间分配单元；
[0014]所述时间单元用于整理所述道路数据获取模块获取的数据的分布时间情况，对天气、车辆速度和载重以及光缆应变量进行一一对应；所述区间分配单元用于限定一个时间区间，获取这一时间区间下的所有道路数据，建立一个集合；
[0015]所述时间单元的输出端与所述区间分配单元的输入端相连接；所述区间分配单元的输出端与所述预测顺序判定模块的输入端相连接。
[0016]根据上述技术方案，所述预测顺序判定模块包括特征识别单元、预测顺序判定单元；
[0017]所述特征识别单元用于建立道路数据的特征，并对特征进行识别，获取每条道路上的特征数量；所述预测顺序判定单元用于对特征顺序进行归纳，并按照特征顺序建立预测顺序；
[0018]所述特征识别单元的输出端与所述预测顺序判定单元的输入端相连接；所述预测顺序判定单元的输出端与所述模型建立模块的输入端相连接。
[0019]根据上述技术方案，所述模型建立模块包括模型建立单元、预测单元；
[0020]所述模型建立单元用于建立LSTM模型，构建目标函数；所述预测单元用于根据预测顺序判定单元提供的预测顺序代入模型进行预测道路的潜在危险程度；
[0021]所述模型建立单元的输出端与所述预测单元的输入端相连接；所述预测单元的输出端与所述目标函数输出模块的输入端相连接。
[0022]根据上述技术方案，所述目标函数输出模块包括目标函数输出单元、分析单元；
[0023]所述目标函数输出单元用于对模型建立单元建立的模型进行处理，获得最终的结果；所述分析单元用于获取待测道路数据，输入到模型中，进行分析待测道路的潜在危险程度；
[0024]所述目标函数输出单元的输出端与所述分析单元的输入端相连接。
[0025]一种基于光纤传感的道路监测方法，该方法包括以下步骤：
[0026]S1、获取多源数据，作为主数据库，所述多源数据包括道路自身质量数据、天气数据、道路交通数据、光纤传感监控数据；
[0027]S2、对主数据库进行分析，分为历史数据与待测数据，根据不同道路的不同数据进行特征提取；
[0028]S3、对历史数据进行处理，建立时间区间，对道路进行统一调整，并根据历史数据进行学习；
[0029]S4、建立LSTM模型进行训练，按照特征顺序预测道路的潜在危险程度，输出目标函数。
[0030]根据上述技术方案，在步骤S2中，所述特征包括以下：天气、车辆数目与速度、载
重、光缆应变量。
[0031]光缆的应变量为受力发生变化的光缆的应变发生变化，因为在目前的光纤传感检测中，一般是在道路下方进行铺设光缆，这样在路基下方土体出现松动的地方，路基下方的监测光缆受力将发生变化，而路基未松动地方，路基下方的监测光缆受力保持不变，受力发生变化的光缆的应变发生变化，这样通过计算应变的变化量就可以计算出监测光缆的拉伸量，进而计算出路面的下沉变化量。基于此类，本申请将光缆应变量作为一个实际数据进行参照。
[0032]根据上述技术方案，在步骤S3中，对道路数据进行处理，建立一个固定时间区间T；将一个固定时间区间T内的道路特征看作一个集合，即将一个固定时间区间T内的天气、车辆数目与速度、载重、光缆应变量作为一个固定的序列；
[0033]分析道路的潜在危险，定义一种正反馈，所述正反馈包括预警和维修；使用A来表示主数据库中的道路集合，B表示历史数据中的部分道路集合，B∈A+，A+表示A中表达正反馈的所有道路的集合，i∈B，i表示任一道路的数据特征中的任一特征。
[0034]根据上述技术方案，在步骤S4中，建立LSTM模型训练的顺序，包括以下顺序：
[0035]第一顺序：天气
‑‑
车辆数目与速度
‑‑
载重
‑‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光纤传感的道路监测系统，其特征在于：该系统包括道路数据获取模块、时间区间限定模块、预测顺序判定模块、模型建立模块、目标函数输出模块；所述道路数据获取模块用于获取道路的多源数据，包括天气、车辆数目与速度、载重、光缆应变量；所述时间区间限定模块用于限定时间区间，在每一个时间区间上进行分析处理数据；所述预测顺序判定模块用于建立特征顺序机制，按照不同的顺序进行预测顺序的判定；所述模型建立模块用于建立预测模型，对待测道路进行监测；所述目标函数输出模块用于输出最终的预测结果，即目标函数，以保证道路的寿命预测更加精准；所述道路数据获取模块的输出端与所述时间区间限定模块的输入端相连接；所述时间区间限定模块的输出端与所述预测顺序判定模块的输入端相连接；所述预测顺序判定模块的输出端与所述模型建立模块的输入端相连接；所述模型建立模块的输出端与所述目标函数输出模块的输入端相连接。2.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感的道路监测系统，其特征在于：所述道路数据获取模块包括天气单元、车辆监督单元、光缆监测单元；所述天气单元用于获取道路上方的天气状况；所述车辆监督单元用于监督道路上来往车辆的数目、速度以及载重量；所述光缆监测单元用于监测光缆的应变量；所述天气单元、车辆监督单元、光缆监测单元的输出端分别与所述时间区间限定模块的输入端相连接。3.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感的道路监测系统，其特征在于：所述时间区间限定模块包括时间单元、区间分配单元；所述时间单元用于整理所述道路数据获取模块获取的数据的分布时间情况，对天气、车辆速度和载重以及光缆应变量进行一一对应；所述区间分配单元用于限定一个时间区间，获取这一时间区间下的所有道路数据，建立一个集合；所述时间单元的输出端与所述区间分配单元的输入端相连接；所述区间分配单元的输出端与所述预测顺序判定模块的输入端相连接。4.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感的道路监测系统，其特征在于：所述预测顺序判定模块包括特征识别单元、预测顺序判定单元；所述特征识别单元用于建立道路数据的特征，并对特征进行识别，获取每条道路上的特征数量；所述预测顺序判定单元用于对特征顺序进行归纳，并按照特征顺序建立预测顺序；所述特征识别单元的输出端与所述预测顺序判定单元的输入端相连接；所述预测顺序判定单元的输出端与所述模型建立模块的输入端相连接。5.根据权利要求4所述的一种基于光纤传感的道路监测系统，其特征在于：所述模型建立模块包括模型建立单元、预测单元；所述模型建立单元用于建立LSTM模型，构建目标函数；所述预测单元用于根据预测顺序判定单元提供的预测顺序代入模型预测道路的潜在危险程度；所述模型建立单元的输出端与所述预测单元的输入端相连接；所述预测单元的输出端与所述目标函数输出模块的输入端相连接。6.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感的道路监测系统，其特征在于：所述目标函数输出模块包括目标函数输出单元、分析单元；
所述目标函数输出单元用于对模型建立单元建立的模型进行处理，获得最终的结果；所述分析单元用于获取待测道路数据，输入到模型中，分析待测道路的潜在危险程度；所述目标函数输出单元的输出端与所述分析单元的输入端相连接。7.一种基于光纤传感的道路监测方法，其特征在于：该方法包...

【专利技术属性】
技术研发人员：李新华，胡涛，
申请(专利权)人：中国通信建设第三工程局有限公司，
类型：发明
国别省市：